Спосіб одержання заліза з шихти

1. Спосіб одержання заліза з шихти, що включає готування шихти з тонкоздрібненого залізовмісного й вуглецевмісного матеріалів, визначення вмісту заліза загального, визначення вмісту компонентів у залізовмісному й вуглецевмісному матеріалах, формування на поверхні рухомого поду агрегатного пристрою термозахисного шару, завантаження й формування шару шихти на поверхні захисного шару рухомого поду агрегатного пристрою, відновно-теплову обробку шару шихти до одержання заліза, навуглецьовування і сепарацію одержаного заліза з виділенням матеріалу термозахисного шару й шлаку, визначення коефіцієнта добування заліза з залізовмісного матеріалу і коефіцієнта навуглецьовування заліза, який відрізняється тим, що в процесі одержання заліза з шихти змінюють кількість вуглецю, що вводять в шихту, необхідного для відновлення заліза в залежності від якісного складу вихідного залізовмісного матеріалу, виділений матеріал термозахисного шару після сепарації повертають у процес і повторно використовують як матеріал захисного шару рухомого поду агрегатного пристрою, після 2 3 76287 4 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як понента залізовмісного матеріалу у вигляді Fе2О3, що дорівнює 0,192. матеріал термозахисного шару використовують 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що коевугілля. 8. Спосіб за пп. 1, 7 який відрізняється тим, що фіцієнт витрати вуглецю для відновлення і-го компонента залізовмісного матеріалу у вигляді Fе3O4, вугілля після відновно-теплової обробки повторно що дорівнює 0,182. повертають у процес і використовують як вуглеце6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що шихвмісний матеріал шихти. ту використовують у вигляді її розсипу або згрудкування безвипалювальним методом. Винахід відноситься до галузі чорної металургії, зокрема до процесів прямого відновлення й одержання рідкого металу. Відомий спосіб одержання твердого продукта залізо/вуглерод з матеріала на основі заліза одсіда, [за заявкою Росії № 2001113501, МПК7 С21В13/10, опубл. 12.11.1999р.] включає операції готування шихти з тонко здрібненого залізовмісного й вуглецьвмісного матеріалів, визначення вмісту заліза загального, визначення Вмісту компонентів у залізовмісному й вуглецьвмісному матеріалах, формування на поверхні рухомого поду агрегатного пристрою термо-захисного шару, завантаження й формування шару шихти на поверхні захисного шару рухомого поду агрегатного пристрою і відновно-теплову обробку шару шихти до одержання металу. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, по сукупності співпадаючих ознак і технічному результату, що досягається, є спосіб одержання металізованого заліза, [по патенту Росії №2228365, МПК7 С21В13/10, опубл. 20.12.2003], що включає операції готування шихти з тонкоздрібнених залізовмісного й вуглецьвмісного матеріалів, визначення вмісту заліза загального, визначення вмісту компонентів у залізовмісному й вуглецьвмісному матеріалах, формування на поверхні рухомого поду агрегатного пристрою термозахисного шару, завантаження і формування шару шихти на поверхні захисного шару рухомого поду агрегату, відновно-теплова обробка шару шихти до одержання металу, навуглецьовування отриманого металу, сепарацію отриманого металу з виділенням матеріалу термозахисного шару, визначення коефіцієнта витягу заліза з залізовмісного матеріалу і коефіцієнта навуглецьовування металу. Загальним недоліком є те, що в приведених способах не забезпечується ефективне управління процесом прямого відновлення залізовмісного матеріалу перемінного в часі складу, шляхом оперативної зміни кількості, що вводиться в склад шихти вуглецьвмісного матеріалу, що негативно відбивається на якості товарної продукції. Відновлене у твердій фазі залізо надходить у зону плавлення без попереднього ущільнення, знижуючи при цьому ефективність поділу отриманого металу і шлаку. В основу винаходу поставлено задачу, удосконалити спосіб одержання металу із шихти, шляхом контролю і підтримки визначеного співвідношення умісту компонентів у шлаку в процесі одержання металу, стабілізувати режим процесу одержання металу із шихти, і за рахунок цього підвищити якість товарного продукту. Задача вирішуеться тим, що в способі одержання металу із шихти, що включає операції готування шихти з тонкоздрібнених залізовмісного й вуглецьвмісного матеріалів, визначення вмісту заліза загального, визначення {змісту компонентів у залізовмісному й вуглецьвмісному матеріалах, формування на поверхні рухомого поду агрегатного пристрою термо-захисного шару, завантаження і формування шару шихти на поверхні захисного шару рухомого поду агрегату, відновно-теплову обробку шару шихти до одержання металу, навуглецьовування отриманого металу, сепарацію отриманого металу з виділенням матеріалу термозахисного шару з шлаку, визначення коефіцієнта витягу заліза з залізовмісного матеріалу і коефіцієнта навуглецьовування металу, згідно винаходу, у процесі одержання металу із шихти змінюють кількість вуглецю необхідного для відновлення заліза в залежності від якісного складу вихідного залізовмісного матеріалу, виділений матеріал термо-захисного шару після сепарації повертають у процес і повторно використовують як захисний шар рухомого поду, після відновно-теплової обробки, шар шихти на поду піддають термічному ущільненню при температурі і 300-1380°С, з наступною сепарацією отриманого металу, при цьому для кожного компоненту вихідного залізовмісного матеріалу в процесі одержання металу визначають коефіцієнт витрати вуглецю необхідного для їх відновлення до заліза, коефіцієнт витрати вуглецю в технологічній лінії, коефіцієнт витрати вуглецю при окислюванні і дегазифікації шару шихти на поду, а кількість вуглецьвмісного матеріалу, яка необхідна для відновлення заліза визначають по формулі: n Pв Рз Мі K і K1 Feзаг K 2 10 2 K3 / K 4 i 1 де: Рв - кількість вуглецьвмісного матеріалу; Рз - кількість залізовмісного матеріалу; 5 76287 6 Мі - масова частка відновленого (і-того) комповуглецю і відновлених залізовмісних матеріалів з ненту залізовмісного матеріалу; урахуванням витрат необхідно враховувати настуKі - коефіцієнт витрати вуглецю для відновпні коефіцієнти: лення (і-того) компонента залізовмісного мате-коефіцієнт витрати вуглецю для відновленріалу; ня компонентів залізовмісної частини шихти до η - кількість компонентів залізовмісного матезаліза Ki; ріалу, що підлягає відновленню; - вміст заліза загального в залізовмісному маFeзаг. - вміст заліза загального в залізовміснотеріалі - Feзаг.; му матеріалі; - коефіцієнт витрати вуглецю в технологічній Κ1 - коефіцієнт витрати вуглецю в технологічлінії - K1; ній лінії відновлення (1,1-1,6); - коефіцієнт навуглецьовування металу - K2; K2 - коефіцієнт навуглецьовування металу, у - коефіцієнт витрати вуглецю при окислюванні мас.%; і дегазифікації шихти - K3; K3 – коефіцієнт витрати вуглецю при окислю- вміст вуглецю в вуглевмістному компованні і дегазифікації шихти, у мас.%; ненті - K4; K4 - Вміст вуглецю в вуглецьвмісному матеПриклад виконання способу одержання метаріалі. лу із шихти. У якості вуглецьвмісного компоненту виПопередньо наготовлюють суміш тонко здрібкористовують буре вугілля чи суміш здрібненого нених залізовмісного й вуглецьвмісного матеріанекоксівного кам'яного вугілля з бурим вугіллям. лів. Потім відомим способом визначають вміст Коефіцієнт витрати вуглецю для відновлення заліза загального в залізовмісному матеріалі (і-того) компонента залізовмісного матеріалу у виді (Feзаг.), масової частки компонентів (Мі), їхню кільFeO встановлений 0,157. кість (n). Визначають вміст компонентів у вихідноКоефіцієнт витрати вуглецю для відновлення му залізовмісному й вуглевмістному матеріалах. (і-того) компонента залізовмісного матеріалу у виді На поверхні рухомого·поду агрегатного пристрою Fe2O3 встановлений 0,192. формують термо-захисний шар. Як матеріал терКоефіцієнт витрати вуглецю для відновлення мо-захисного шару використовують вугілля. Потім (і-того) компонента залізовмісного матеріалу у виді завантажують і формують шар шихти на поверхні Fе3O4 встановлений 0,182. термо-захисного шару рухомого поду агрегатного Шихту використовують у виді розсипу чи окуспристрою. Шихту використовують у вигляді розсикуваної безвипалювальним методом. пу чи окускуваної безвипалювальним методом. Як матеріал термо-захисного шару використоРухомий під агрегатного пристрою із шаром вують вугілля. Вугілля після термо-відновленої шихти вводять у відбудовну зону з початковою обробки повторно повертають у процес і використемпературою нагрівання 800°С, яку поступово товують у якості вуглецьвмісного матеріалу шихти. підвищують до температури 1470°С. ВідновноЗміна кількості вуглецю необхідного для відтеплову обробку шару шихти при температурі новлення заліза в залежності від якісного складу 1300°С роблять в перебігу 3-8 хвилин. Визначають вихідного залізовмісного матеріалу, повернення коефіцієнт добування заліза з залізовмісного мавиділеного матеріалу термо-захисного шару, після теріалу і коефіцієнт навуглецьовування заліза. сепарації, в процес і повторне його використання Коефіцієнт навуглецьовування металу складає не як матеріал захисного шару рухомого поду після менш 4,0%. відновно-теплової обробки, термічного ущільнення Після відновно-теплової обробки шихти і навушару шихти при температурі 1300-1380°С, з наглецьовування металу роблять термічне ущільступною сепарацією отриманого металу, визнанення відновленого матеріалу. Матеріал, що чення для кожного компонента вихідного залізовпройшов стадію термічного ущільнення, більш місного матеріалу, в процесі одержання металу, інтенсивно розділяється на метал і шлак, шлак при коефіцієнта витрати вуглецю необхідного для відцьому не кипить і після остигання, у ньому відсутні новлення заліза, коефіцієнта витрати вуглецю в металеві включення у виді крапель. Залежність процесі відновлення заліза, коефіцієнта витрати виходу заліза металевого у шлаку від зменшення вуглецю при окислюванні і дегазифікації шару шиобсягу відновленої шихти приведено на діаграмі 2, хти на поді і визначення кількості вуглецьвмісного Фіг.2. матеріалу, яке необхідне для відновлення заліза Термічне ущільнення роблять при досягненні відповідно до приведеної формули дозволило підтемператури шихти в ущільнювальній зоні печі вищити якість товарного продукту. (1300-1380)°С, навуглецьовування металу не Витяг заліза заданої якості з залізовмісного менш 4%, час термічного ущільнення не менш 1,5 матеріалу перемінного в часі складу зв'язано з хвилин за умови рівномірного прогріву всієї шихти. оперативним регулюванням кількості вуглецю, що У процесі одержання металу змінюють кільподається в шихту. При недостатній і надлишковій кість вуглецю необхідного для відновлення заліза кількості вуглецю знижується вихід заліза, нестав залежності від якісного складу вихідного залізобільна якість одержуваного металу, крім того підвмісного матеріалу. вищена витрата вуглецьвмісного матеріалу в шихОтриманий із шихти метал сепарують з видіті спричиняє необґрунтоване збільшення витрат ленням шлаку і матеріалу термо-захисного шару. на добування заліза (див. діаграму 1, Фіг.1, на якій Виділений матеріал термо-захисного шару після приведена залежність виходу металу із шихти від сепарації повертають у процес і повторно викорикількості вуглецьвмісного матеріалу у шихті). Для стовують як захисний шар рухомого поду. Як мадотримання умов сталості в шихті співвідношення теріал для термо-захисного шару використовують 7 76287 8 вугілля. Вугілля після термо-відновленої обробки де: повторно повертають у процес і використовують у Рв - кількість вуглецьвмісного матеріалу; якості вуглецьвмісного матеріалу для шихти, чи в Рз - кількість залізовмісного матеріалу; якості термо-захисного шару. Для кожного компоМі - масова частка відновленого (і-того) компоненту вихідного залізовмісного матеріалу в процененту залізовмісного матеріалу; сі одержання металу визначають коефіцієнт виKі - коефіцієнт витрати вуглецю для відновтрати вуглецю необхідного для відновлення лення (і-того) компонента заліза (Ki). залізовмісного матеріалу; Величину Ki визначають окремо для кожного з n - кількість компонентів залізовмісного матепідлягаючих відновленню компонентів шихти з ріалу, що підлягає відновленню; виражень: Fe заг. - зміст заліза загального в залізовмісному матеріалі; KFeo=Ac/(AFe+Аo)=12/(56+16) 0,94=0,157 Κ1 - коефіцієнт витрати вуглецю в технологічKFe3o4=12 4/(56 3+16 4) 0,88=48/(168+64) 0,88=0,182 ній лінії відновлення (1,1-1,6); KFe2о3=12 3/(56 2+16 3) 0,85=36/(112+48) 0,85=0,192 K2 - коефіцієнт навуглецьовування металу, у де: мас.%; Ас - атомна маса вуглецю; AFe - атомна маса K3 - коефіцієнт витрати вуглецю при окислюзаліза; ванні і дегазифікації шихти, у мас.%; Аo - атомна маса кисню. K4 - вміст вуглецю в вуглецьвмісному матеЕмпіричні коефіцієнти 0,94; 0,88; 0,85, отримаріалі. ні дослідницьким шляхом і зв'язані з утворенням у У якості вуглецвмісного компонента викориспроцесі відновлення СО2. товують буре вугілля чи суміш здрібненого некокВизначають коефіцієнт витрат вуглецю в просівного кам'яного вугілля з бурим вугіллям. цесі відновлення заліза. Коефіцієнт витрати вугКоефіцієнт витрати вуглецю для відновлення лецю при окислюванні і дегазифікації шихти (K4) (і-того) компонента залізовмісного матеріалу у виді залежить від рівня вмісту летучих складових в FeO встановлений 0,157; вуглевмістному компоненті і наявності оксидного Коефіцієнт витрати вуглецю для відновлення газу в зонах відновлення і навуглецьовування від(і-того) компонента залізовмісного матеріалу у виді новленого заліза. Fe2O3 встановлений 0,192; Вміст вуглецю в вуглецьвмісному компоненті Коефіцієнт витрати вуглецю для відновлення (K4) визначається відомим способом при аналізі (і-того) компонента залізовмісного матеріалу у виді вугіль застосовуваних у процесі. Fe3O4 встановлений 0,182. Загальна кількість вуглецьвмісного матеріалу Випробування заявленого способу одержання яка необхідна для відновлення заліза для кожного металу із шихти в лабораторних умовах підтвертехнологічного циклу (Рв ) визначають по формулі: дило можливість підвищення якості товарного n 2 продукту. Дані лабораторних досліджень залежноPв Рз Мі K і K1 Feзаг K 2 10 K3 / K 4 сті витрат металу в шлаку від кількості вуглецьвміi 1 сного матеріалу в шихті приведені у таблиці. Таблиця № Склад шихти Залізорудний концентрат (Fe заг. 67,5%); 1 вуглецьвмісний матеріал (С-95%) Залізорудний концентрат (Fe заг. 67,5%); 2 вуглець^вмісний матеріал (С-72%) Вид обробки Відомим способом Заявленим способом Час плавЧас плавВид шихти лення відно- Металеві лення відно- Металеві вклювклювленого мавленого мачення у чення у теріалу, теріалу, шлаку, % шлаку, % хвил. хвил. Окускувана 6,5 5,3 3,5 0 Не окускува6,0 8,2 3,0 2 на Окускувана 6,5 8,4 3,5 1,5 Не окускува6,0 8,2 3,0 2,8 на У результаті аналізу даних приведених у таблиці було встановлено, що при проведенні процесу одержання металу з ущільненням шару шихти після тепловідвідної обробки, підвищення якості товарної продукції (див. графу 7, таблиці, де вміст заліза в шлаку складає (0-2,8). Це підтверджує позитивний результат способу одержання металу зі шлаку при заявлених режимах його відновлення й одержання. 9 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76287 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601